KR102518328B1 - Methods and Apparatus for Highly Reflective Aluminum Layers - Google Patents
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Abstract
기판 상의 알루미늄 층의 반사율을 증가시키기 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법은, CVD(chemical vapor deposition) 프로세스를 이용하여 기판 상에 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 증착하는 단계, 코발트 또는 코발트 합금 층의 상단 표면이 손상되면 대략 섭씨 400도의 온도에서의 열 수소 어닐을 이용하여 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리하는 단계, 및 대략 섭씨 120도의 온도에서의 CVD 프로세스를 이용하여 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층 상에 알루미늄 층을 증착하는 단계를 포함한다. 대략 60초 내지 대략 120초의 지속기간 동안 코발트 또는 코발트 합금 층의 전-처리가 완수될 수 있다.Methods and apparatus are provided for increasing the reflectance of an aluminum layer on a substrate. In some embodiments, a method of depositing an aluminum layer on a substrate includes depositing a cobalt or cobalt alloy layer or a titanium or titanium alloy layer on the substrate using a chemical vapor deposition (CVD) process, cobalt or cobalt alloy If the top surface of the layer is damaged, pre-treating the cobalt or cobalt alloy layer using a thermal hydrogen anneal at a temperature of approximately 400 degrees Celsius, and the cobalt or cobalt alloy layer using a CVD process at a temperature of approximately 120 degrees Celsius. or depositing an aluminum layer on the titanium or titanium alloy layer. Pre-treatment of the cobalt or cobalt alloy layer may be completed for a duration of about 60 seconds to about 120 seconds.
Description
[0001] 본 원리들의 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세싱에 관한 것이다.[0001] Embodiments of the present principles relate generally to semiconductor processing.
[0002] 반도체들은, 제어된 프로세싱 환경에서 기판들(예컨대, 반도체 웨이퍼들)을 프로세싱하는 능력을 갖는 하나 이상의 프로세스 챔버들에서 형성된다. 프로세스 챔버들 중 일부는 기판 상에 예컨대 알루미늄과 같은 재료들을 증착하기 위해 사용된다. 알루미늄의 전도성 및 반사성 특성들에 기인하여, 알루미늄은 반도체 설계들의 많은 상이한 요소들에 통합되었다. 이미지 센서들은 흔히, 센서의 동작에 필요한 반사성 특성들을 제공하기 위해 알루미늄을 사용한다. 반도체 프로세스들은 통상적으로, 실리콘으로 만들어진 기판 상에, 대개는 기판 상에 증착된 티타늄 나이트라이드(TiN) 층 상에 알루미늄 층을 증착한다. 그러나, 본 발명자들은, TiN 상에 증착될 때 알루미늄의 반사율이 일반적으로 넓은 대역의 파장들에 걸쳐 50% 미만의 반사율로 좋지 않았다(poor)는 것을 관찰했다. 좋지 않은 반사율은 이미지 센서들의 성능에 악영향을 미친다.[0002] Semiconductors are formed in one or more process chambers having the ability to process substrates (eg, semiconductor wafers) in a controlled processing environment. Some of the process chambers are used to deposit materials such as aluminum on a substrate. Due to aluminum's conductive and reflective properties, aluminum has been incorporated into many different elements of semiconductor designs. Image sensors often use aluminum to provide the reflective properties necessary for the operation of the sensor. Semiconductor processes typically deposit an aluminum layer on a substrate made of silicon, usually a titanium nitride (TiN) layer deposited on the substrate. However, the inventors have observed that the reflectance of aluminum when deposited on TiN is poor, generally less than 50% reflectance over a wide band of wavelengths. Poor reflectivity adversely affects the performance of image sensors.
[0003] 따라서, 본 발명자들은, 높은 반사율을 갖는 알루미늄 층의 증착을 위한 개선된 방법들 및 장치를 제공했다.[0003] Accordingly, the inventors have provided improved methods and apparatus for the deposition of an aluminum layer having high reflectivity.
[0004] 방법들 및 장치는 반도체 프로세스들을 위해 증가된 알루미늄 반사율을 제공한다.[0004] Methods and apparatus provide increased aluminum reflectance for semiconductor processes.
[0005] 일부 실시예들에서, 기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법은, 기판 상에 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 증착하는 단계, 및 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층 상에 알루미늄 층을 증착하는 단계를 포함한다.[0005] In some embodiments, a method of depositing an aluminum layer on a substrate includes depositing a cobalt or cobalt alloy layer or a titanium or titanium alloy layer on the substrate, and a cobalt or cobalt alloy layer or titanium or titanium alloy layer on the substrate. and depositing an aluminum layer on the layer.
[0006] 일부 실시예들에서, 방법은, 알루미늄 층을 증착하기 전에 열 수소 어닐(thermal hydrogen anneal)을 이용하여 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리(pre-treating)하는 단계; 대략 섭씨 300도 내지 대략 섭씨 400도의 온도에서 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리하는 단계; 대략 60초 내지 대략 120초의 지속기간 동안 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리하는 단계 ―알루미늄 층은 대략 250 nm 내지 대략 900 nm의 파장들에 대해 적어도 대략 80%의 반사율을 가짐―; 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 대략 20 옹스트롬 내지 대략 30 옹스트롬의 두께로 증착하는 단계; CVD(chemical vapor deposition) 프로세스, MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition) 프로세스 또는 PVD(physical vapor deposition) 프로세스를 이용하여 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 증착하는 단계 ―코발트 또는 코발트 합금 층은 코발트 또는 코발트 실리콘을 포함하고, 티타늄 또는 티타늄 합금 층은 티타늄, 티타늄 실리콘 또는 티타늄 알루미늄을 포함함―; 알루미늄 층을 대략 300 옹스트롬 내지 대략 1,000 옹스트롬의 두께로 증착하는 단계; 대략 섭씨 60도 내지 대략 섭씨 250도의 온도에서 알루미늄 층을 증착하는 단계; 반응 가스(reactant gas)로서 수소 가스, 암모니아 가스, 하이드라진 화합물 가스, 수소와 암모니아의 혼합 가스, 또는 수소와 하이드라진의 화합물 가스를 사용하여 알루미늄 층을 증착하는 단계; 알레인(alane) 유형 전구체 또는 알킬 유형 전구체를 사용하여 알루미늄 층을 증착하는 단계 ―알레인 유형 전구체는 트리메틸아민-알레인 보레인(TMAAB), 메틸 피리딘 알루미늄 또는 디메틸에틸아민-알레인을 포함하고, 알킬 유형 전구체는 디메틸알루미늄 하이드라이드(DMAH)를 포함함―; 및/또는 기판 상에 증착된 티타늄 나이트라이드 층 상에 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다.[0006] In some embodiments, a method includes pre-treating a cobalt or cobalt alloy layer using a thermal hydrogen anneal prior to depositing an aluminum layer; pre-treating the cobalt or cobalt alloy layer at a temperature of about 300 degrees Celsius to about 400 degrees Celsius; pre-treating the cobalt or cobalt alloy layer for a duration of about 60 seconds to about 120 seconds, wherein the aluminum layer has a reflectance of at least about 80% for wavelengths between about 250 nm and about 900 nm; depositing a layer of cobalt or cobalt alloy or a layer of titanium or titanium alloy to a thickness of about 20 angstroms to about 30 angstroms; Depositing a cobalt or cobalt alloy layer or a titanium or titanium alloy layer using a chemical vapor deposition (CVD) process, a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) process, or a physical vapor deposition (PVD) process—a cobalt or cobalt alloy layer. comprises cobalt or cobalt silicon, and the titanium or titanium alloy layer comprises titanium, titanium silicon or titanium aluminum; depositing an aluminum layer to a thickness of between approximately 300 Angstroms and approximately 1,000 Angstroms; depositing an aluminum layer at a temperature of about 60 degrees Celsius to about 250 degrees Celsius; depositing an aluminum layer using hydrogen gas, ammonia gas, hydrazine compound gas, a mixed gas of hydrogen and ammonia, or a compound gas of hydrogen and hydrazine as a reactant gas; Depositing an aluminum layer using an alane type precursor or an alkyl type precursor, wherein the alane type precursor comprises trimethylamine-alane borane (TMAAB), methyl pyridine aluminum or dimethylethylamine-alane and , alkyl type precursors include dimethylaluminum hydride (DMAH); and/or depositing a cobalt or cobalt alloy layer or a titanium or titanium alloy layer on the titanium nitride layer deposited on the substrate.
[0007] 일부 실시예들에서, 기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법은, CVD(chemical vapor deposition) 프로세스를 이용하여 기판 상에 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 대략 20 옹스트롬 내지 대략 30 옹스트롬의 두께로 증착하는 단계, 코발트 또는 코발트 합금 층의 상단 표면이 손상되면(compromised), 대략 섭씨 400도의 온도에서의 열 수소 어닐을 이용하여 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리하는 단계, 및 대략 섭씨 120도의 온도에서의 CVD 프로세스를 이용하여 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층 상에 알루미늄 층을 대략 300 옹스트롬 내지 대략 1,000 옹스트롬의 두께로 증착하는 단계를 포함한다.[0007] In some embodiments, a method of depositing an aluminum layer on a substrate comprises depositing a cobalt or cobalt alloy layer or a titanium or titanium alloy layer on the substrate using a chemical vapor deposition (CVD) process in a thickness of from about 20 angstroms to about depositing to a thickness of 30 angstroms, pre-treating the cobalt or cobalt alloy layer using a thermal hydrogen anneal at a temperature of approximately 400 degrees Celsius once the top surface of the cobalt or cobalt alloy layer is compromised, and depositing an aluminum layer to a thickness of about 300 angstroms to about 1,000 angstroms on the cobalt or cobalt alloy layer or the titanium or titanium alloy layer using a CVD process at a temperature of about 120 degrees Celsius.
[0008] 일부 실시예들에서, 방법은, 대략 60초 내지 대략 120초의 지속기간 동안 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리하는 단계; 기판 상에 증착된 티타늄 나이트라이드 층 상에 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 증착하는 단계를 더 포함하고, 그리고/또는 알루미늄 층은 대략 250 nm 내지 대략 900 nm의 파장들에 대해 적어도 대략 80%의 반사율을 갖는다.[0008] In some embodiments, a method includes pre-treating a cobalt or cobalt alloy layer for a duration of about 60 seconds to about 120 seconds; depositing a cobalt or cobalt alloy layer or a titanium or titanium alloy layer on the titanium nitride layer deposited on the substrate, and/or the aluminum layer is at least for wavelengths from about 250 nm to about 900 nm; It has a reflectance of about 80%.
[0009] 일부 실시예들에서, 반도체 디바이스에서 다양한 파장들을 반사하기 위한 장치는, 실리콘-기반 재료로 형성된 기판, 기판의 실리콘-기반 재료 상에 증착된 티타늄 나이트라이드 층, 티타늄 나이트라이드 층 상에 증착된 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층, 및 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층 상에 증착된 알루미늄 층을 포함한다.[0009] In some embodiments, an apparatus for reflecting various wavelengths in a semiconductor device includes a substrate formed of a silicon-based material, a titanium nitride layer deposited on the silicon-based material of the substrate, or a titanium nitride layer on the titanium nitride layer. deposited cobalt or cobalt alloy layer or titanium or titanium alloy layer, and an aluminum layer deposited on the cobalt or cobalt alloy layer or titanium or titanium alloy layer.
[0010] 일부 실시예들에서, 장치는, 기판에 형성된, 측면(side)들 및 바닥과 함께 개구를 갖는 고 종횡비 피처(high aspect ratio feature)를 더 포함할 수 있고, 여기서, 알루미늄 층은 고 종횡비 피처의 측면들 및 바닥에 컨포멀(conformal)하고, 그리고/또는 알루미늄 층은 적어도 80%의 반사율을 갖는다.[0010] In some embodiments, the device may further include a high aspect ratio feature having an opening with sides and a bottom formed in the substrate, wherein the aluminum layer is Conformal to the sides and bottom of the aspect ratio feature, and/or the aluminum layer has a reflectivity of at least 80%.
[0011] 다른 그리고 추가적인 실시예들이 아래에서 개시된다.[0011] Other and additional embodiments are disclosed below.
[0012] 위에서 간략히 요약되며 아래에서 더욱 상세히 논의되는 본 원리들의 실시예들은, 첨부된 도면들에 도시된 본 원리들의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 원리들의 통상적인 실시예들만을 예시하며, 이에 따라 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 원리들이 다른 동일하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0013] 도 1은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 고 반사율 알루미늄 층들을 형성하는 방법이다.
[0014] 도 2는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 방법으로 형성된 구조의 단면도를 도시한다.
[0015] 도 3은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 방법으로 형성된, 알루미늄 층을 갖는 구조의 단면도를 도시한다.
[0016] 도 4는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 알루미늄 층을 갖는 고-종횡비 피처의 단면도를 도시한다.
[0017] 도 5는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 다양한 파장들에 걸친, 알루미늄 층의 반사율의 그래프를 도시한다.
[0018] 도 6은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 알루미늄 층의 비교(comparative) 입자 사이즈의 그래프를 도시한다.
[0019] 도 7은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른, 어닐링 프로세스를 겪은 후의 알루미늄 층의 비교 반사율의 그래프를 도시한다.
[0020] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 그려지지 않으며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 유익하게, 추가적인 언급 없이, 다른 실시예들에 통합될 수 있다.[0012] Embodiments of the present principles, briefly summarized above and discussed in more detail below, can be understood with reference to exemplary embodiments of the present principles illustrated in the accompanying drawings. However, the accompanying drawings illustrate only typical embodiments of the present principles and should therefore not be regarded as limiting in scope, as the present principles may admit to other equally valid embodiments.
1 is a method of forming high reflectivity aluminum layers, according to some embodiments of the present principles.
[0014] FIG. 2 shows a cross-sectional view of a structure formed by the method of FIG. 1, in accordance with some embodiments of the present principles.
[0015] FIG. 3 shows a cross-sectional view of a structure having an aluminum layer, formed by the method of FIG. 1, according to some embodiments of the present principles.
[0016] FIG. 4 shows a cross-sectional view of a high-aspect ratio feature having an aluminum layer, in accordance with some embodiments of the present principles.
[0017] FIG. 5 shows a graph of reflectance of an aluminum layer over various wavelengths, in accordance with some embodiments of the present principles.
[0018] FIG. 6 shows a graph of comparative grain size of an aluminum layer, according to some embodiments of the present principles.
7 shows a graph of comparative reflectance of an aluminum layer after undergoing an annealing process, in accordance with some embodiments of the present principles.
[0020] For ease of understanding, like reference numbers have been used where possible to designate like elements that are common to the drawings. The drawings are not drawn to scale and may have been simplified for clarity. Elements and features of one embodiment may advantageously be incorporated into other embodiments without further recitation.
[0021] 방법들 및 장치는 반도체 기판 상에 고 반사율 알루미늄 층을 제공한다. 코발트 또는 코발트 합금 하부층(underlayer) 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 하부층은 유리하게는, 알루미늄 층의 평활도(smoothness)를 증가시키고, 이는 결국, 넓은 대역의 파장들에 걸쳐 반사율을 증가시킨다. 방법들 및 장치는 또한, 증가된 반사율을 유지하면서, 매우 컨포멀한 알루미늄 층을 제공한다. 고 반사율은 또한, 열 프로세싱을 필요로 하는 후속하는 반도체 프로세스들 후에 유익하게 유지된다.[0021] Methods and apparatus provide a high reflectivity aluminum layer on a semiconductor substrate. A cobalt or cobalt alloy underlayer or a titanium or titanium alloy underlayer advantageously increases the smoothness of the aluminum layer, which in turn increases reflectance over a broad band of wavelengths. The methods and apparatus also provide a highly conformal aluminum layer while maintaining increased reflectivity. The high reflectivity is also beneficially maintained after subsequent semiconductor processes requiring thermal processing.
[0022] 본 발명자들은, 텅스텐(W), 루테늄(Ru) 또는 티타늄 나이트라이드(TiN)와 같은 하부층들을 사용하는 것이 넓은 대역의 파장들에 걸쳐 50% 미만의 반사율 수치들을 산출한다는 것을 알아냈다. 텅스텐, Ru 및 TiN은 알루미늄 증착을 위한 우수한 하부층을 제공하지 않아서, 좋지 않은 반사율을 유발한다. 본 발명자들은, 코발트 또는 코발트 합금 또는 티타늄 또는 티타늄 합금의 하부층들이 알루미늄 층들에 대해 훨씬 더 높은 반사율(예컨대, 이 대역의 파장들에 걸쳐 대략 85%) 및 더 큰 증착 레이트들을 제공한다는 것을 발견했다. 본 발명자들은 또한, 알루미늄 층의 증착 온도를 낮추는 것이 알루미늄 층에 대해 더 높은 반사율을 산출하고 더 나은 스텝 커버리지 및 갭 필(gap fill)을 제공한다는 것을 알아냈다. 본 원리들의 방법들 및 장치는, 기판 계면에서의 응집(agglomeration)에 기인하여 코발트 또는 코발트 합금 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 하부층 상에서의 알루미늄 증착의 개선된 핵 형성을 제공하여서, 더 매끄럽고 더욱 연속적인 알루미늄 필름들을 산출하고 반사율을 증가시킨다.[0022] The inventors have found that using sublayers such as tungsten (W), ruthenium (Ru) or titanium nitride (TiN) yield reflectance values of less than 50% over a broad band of wavelengths. Tungsten, Ru and TiN do not provide good underlayers for aluminum deposition, resulting in poor reflectivity. The inventors have found that sublayers of cobalt or cobalt alloy or titanium or titanium alloy provide much higher reflectivity (eg, approximately 85% over this band of wavelengths) and greater deposition rates for aluminum layers. The inventors have also found that lowering the deposition temperature of the aluminum layer yields higher reflectivity for the aluminum layer and provides better step coverage and gap fill. The methods and apparatus of the present principles provide improved nucleation of aluminum deposition on cobalt or cobalt alloy or titanium or titanium alloy underlayer due to agglomeration at the substrate interface, resulting in a smoother and more continuous aluminum film. and increase the reflectance.
[0023] 도 1은 일부 실시예들에 따른, 고 반사율 알루미늄 층들을 형성하는 방법(100)이다. 블록(102)에서, 방법은, 도 1의 방법으로 형성된 구조(200)의 단면도를 도시하는 도 2에 예시된 바와 같이, 기판(202) 상에 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208)을 증착함으로써 시작된다. 일부 실시예들에서, 코발트 또는 코발트 합금 층은 코발트 또는 코발트 합금, 이를테면, 코발트 실리콘(CoSi) 등을 포함(그러나, 이에 제한되지 않음)할 수 있다. 일부 실시예들에서, 티타늄 또는 티타늄 합금 층은 티타늄 또는 티타늄 합금, 이를테면, 티타늄 알루미늄(TiAl), 티타늄 실리콘(TiSi) 등을 포함(그러나, 이에 제한되지 않음)할 수 있다. 일부 실시예들에서, TiAl 층은 TiCl4(티타늄 테트라클로라이드) + TEA(트리에틸알루미늄)를 사용하여 증착될 수 있다. 알루미늄 및/또는 클로라이드 농도는 프로세스 조건들 및/또는 애플리케이션들에 따라 대략 10% 내지 대략 40%로 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(202)은 실리콘-기반 재료로 형성될 수 있고, 기판(202)의 상부 표면 상에 실리콘 옥사이드 층(204)의 층을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(202)은 또한, 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208)의 증착 전에 기판(202) 상에 증착된 티타늄 나이트라이드(TiN) 층(206)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208)은 대략 20 옹스트롬 내지 대략 30 옹스트롬일 수 있다. 일부 실시예들에서, 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208)은 코발트 또는 코발트 합금 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 재료를 사용하여 CVD(chemical vapor deposition) 프로세스, MOCVD(metal-organic CVD) 프로세스 또는 PVD(physical vapor deposition) 프로세스를 이용하여 증착될 수 있다.1 is a
[0024] 블록(104)에서, 알루미늄 층의 증착 전에, 코발트 또는 코발트 합금 층을 세정하기 위해 코발트 또는 코발트 합금 층 상에 전-처리가 선택적으로 수행될 수 있다. 일부 환경들에서, 코발트 또는 코발트 합금 층은 산소에 노출될 수 있고, 이는 코발트 또는 코발트 합금 층 상에 옥사이드를 형성할 수 있다. 옥사이드 및/또는 다른 오염물질들은 전-처리 프로세스에 의해 제거된다. 일부 실시예들에서, 전-처리는 열 수소 어닐 프로세스이다. 일부 실시예들에서, 전-처리는, 대략 60초 동안 섭씨 400도(C)의 온도에서 수소를 이용하여 수행된다. 일부 실시예들에서, 전-처리는, 대략 60초 내지 대략 120초의 시간 지속기간 동안 수소를 이용하여 수행된다. 일부 실시예들에서, 전-처리는, 대략 섭씨 300도 내지 대략 섭씨 400도의 온도에서 수소를 이용하여 수행된다. 코발트 또는 코발트 합금 층의 전-처리는, 코발트 또는 코발트 합금 층의 표면 상의 임의의 오염물질들을 제거함으로써, 알루미늄이 코발트 또는 코발트 합금 층 상에 더욱 잘 증착될 수 있게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코발트 또는 코발트 합금 층의 증착은 제1 반도체 프로세스 툴에서 수행되고, 그런 다음, 전-처리를 위해 제2 반도체 프로세스 툴로 이동된다. 본 발명자들은, 수소가 암모늄보다 더 나은 알루미늄 증착 결과들을 제공하며, 전-처리의 지속기간이, 처리된 코발트 또는 코발트 합금 층의 얇은 두께(thinness)에 기인하여 강한 영향을 미치지 않았다는 것을 알아냈다.[0024] At
[0025] 블록(106)에서, 예컨대, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208) 상에 알루미늄 층(310)이 증착된다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 층(310)은, 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208) 및 전-처리에 각각 사용되는 제1 반도체 프로세스 툴 및 제2 반도체 프로세스 툴이 아닌 제3 반도체 프로세스 툴(예컨대, MOCVD 또는 CVD 챔버)에서 증착될 수 있다. 알루미늄 층(310)은, 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208)과의 계면 핵 형성(308)을 갖는다. 알루미늄 층(310)과 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208) 사이의 상호혼합(intermixing)은 알루미늄 층(310)의 핵 형성을 돕고, 이는 알루미늄 층(310)의 더 나은 증착을 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 층(310)의 증착은 텅스텐 및 TiN 하부층들보다 대략 80% 내지 대략 95%의 증가된 증착 레이트를 가질 수 있다. 계면 핵 형성은 더 높은 필름 연속성을 제공하고, 이는 높은 반사율을 갖는 더 얇은 알루미늄 층들을 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 증착 온도들은 대략 섭씨 60도 내지 대략 섭씨 250도의 범위일 수 있다. 본 발명자들은, 온도를 감소시키는 것이 증착된 알루미늄 층(310)의 반사율을 증가시키는 데 도움이 될 수 있다는 것을 알아냈다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 증착 온도는 알루미늄 증착 층에 대해 더 높은 레벨의 반사율(적어도 대략 85%)을 산출하기 위해 대략 섭씨 120도일 수 있다.[0025] At
[0026] 일부 실시예들에서, 알루미늄 층(310)의 반사율은 50% 초과 내지 대략 90% 이상일 수 있다. 본 발명자들은, 사용된 증착 전구체, 증착의 두께 및 증착 온도가 알루미늄 층의 반사율에 영향을 미칠 수 있다는 것을 알아냈다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 증착 전구체는 알레인 유형 전구체, 이를테면, 예컨대, 트리메틸아민-알레인 보레인(TMAAB), 메틸 피리딘 알루미늄 또는 디메틸에틸아민-알레인(DMEAA)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 증착 전구체는 알킬 유형 전구체, 이를테면, 예컨대, 디메틸알루미늄 하이드라이드(DMAH)일 수 있다. DMAH는, DMAH가 높은 점도를 갖는 것에 기인하여 다루기가 어려운 것으로 판명될 수 있다. 일부 실시예들에서, DMAH는, 보다 쉽게 다루기 위해 DMAH에 첨가된 소량(대략 0.1% 내지 대략 5%)의 용매 또는 첨가제를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 증착 프로세스는 반응 가스, 이를테면, 예컨대, 수소 가스(H2), 암모니아 가스(NH3), 하이드라진 화합물 가스 또는 혼합 가스(예컨대, H2 + NH3, H2 + 하이드라진 화합물 가스 등)를 사용할 수 있다.[0026] In some embodiments, the reflectivity of the
[0027] 일부 실시예들에서, 대략 250 nm 내지 대략 900 nm의 범위에 있는 파장들에 걸쳐 적어도 85%의 알루미늄 반사율이 획득될 수 있다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 층의 두께는 대략 300 옹스트롬 내지 대략 1,000 옹스트롬일 수 있다. 더 얇은 두께는, 특히 기판의 고-종횡비 피처들에 대해, 알루미늄 층을 더욱 컨포멀하게 하는 데 도움이 된다. 텅스텐 및 TiN 하부층들은, 알루미늄이 연속되기 전에 두꺼운 알루미늄 층을 필요로 한다. 코발트 또는 코발트 합금 하부층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 하부층은 더 얇은 알루미늄 층에 대해 더 높은 연속성을 가능하게 하여서, 높은 반사율 및 더 큰 범위의 애플리케이션들을 갖는 얇은 컨포멀 알루미늄 층들이 산출된다. 본 원리들의 방법들 및 장치에 따른 알루미늄 층의 특성들은, 다양한 스텝-높이들에 걸쳐 고-분해능 전도성 패터닝이 사용되는 고-종횡비 피처들 및 RDL(redistribution layer)들에, 그리고 또한 후속하는 프로세싱이 부가적인 가열 단계들(예컨대, BEOL(back-end-of-line) 프로세스들 등)을 사용하는 애플리케이션들에 사용하기에 알루미늄 층이 이상적이게 한다.[0027] In some embodiments, an aluminum reflectance of at least 85% may be obtained over wavelengths ranging from approximately 250 nm to approximately 900 nm. In some embodiments, the thickness of the aluminum layer may be between approximately 300 Angstroms and approximately 1,000 Angstroms. A smaller thickness helps make the aluminum layer more conformal, especially for high-aspect ratio features of the substrate. The tungsten and TiN underlayers require a thick aluminum layer before the aluminum continuation. The cobalt or cobalt alloy sublayer or the titanium or titanium alloy sublayer enables higher continuity to the thinner aluminum layer, resulting in thin conformal aluminum layers with high reflectivity and a greater range of applications. The properties of the aluminum layer according to the methods and apparatus of the present principles are suitable for high-aspect ratio features and redistribution layers (RDLs) where high-resolution conductive patterning is used over various step-heights, and also for subsequent processing This makes the aluminum layer ideal for use in applications that use additional heating steps (eg, back-end-of-line (BEOL) processes, etc.).
[0028] 도 4는 일부 실시예들에 따른, 컨포멀 알루미늄 층(410)을 갖는 고-종횡비 피처(400)의 단면도를 예시한다. 고-종횡비 피처(400)는 개구(404), 측면들(406) 및 바닥(408)을 갖는다. 기판(202)은 실리콘-기반 재료로 만들어지고, 이 실리콘-기반 재료는 기판(202)의 표면 상에 실리콘 옥사이드 층(204)을 가질 수 있다. 기판(202) 상에 증착되는 TiN 층(206) 상에 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208)이 증착된다. 고-종횡비 피처(400)에서도 높은 반사율을 유지하면서, 컨포멀 알루미늄 층(410)이 바닥(408) 및 측면들(406) 상에서 고-종횡비 피처(400)에 컨포밍되도록(conform), 컨포멀 알루미늄 층(410)은 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층(208) 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, 컨포멀 알루미늄 층(410)은 대략 500 옹스트롬의 두께를 가질 수 있다. 본 원리들의 방법들 및 장치에 의해 제공되는 얇은 두께는, 피처들이 고-종횡비들을 가질 때에도, 알루미늄이 컨포멀 방식으로 증착될 수 있게 한다. 본 원리들의 방법들 및 장치의 컨포멀 특성은 또한, RDL(redistribution layer)들의 구성 동안 맞닥뜨리는 것들과 같은 다양한 스텝-높이들에 걸쳐 알루미늄 층들의 증착을 허용한다.4 illustrates a cross-sectional view of a high-
[0029] 도 5는 일부 실시예들에 따른, 다양한 파장들에 걸친, 알루미늄 층의 반사율의 그래프(500)를 도시한다. 그래프(500)는, 본 원리들의 방법들 및 장치를 사용하여 넓은 범위의 파장들에 대해 본 발명자들에 의해 발견된 높은 레벨의 반사율을 예시한다. 일부 실시예들에서, 파장들은 적어도 대략 85%의 반사율을 알루미늄 층에 대해 나타냈다. 도 6은 일부 실시예들에 따른, 알루미늄 층의 비교 입자 사이즈의 그래프(600)를 도시한다. 본 발명자들은, 코발트(Co) 606이 텅스텐(W) 604 또는 루테늄(Ru) 602에 비해 훨씬 더 작은 알루미늄 입자 사이즈를 생성했다는 것을 알아냈다. 코발트 606의 더 작은 입자 사이즈는, 감소된 두께를 갖는 알루미늄 층에 대해 높은 필름 연속성을 제공하는 데 도움이 된다고 본 발명자들에 의해 여겨진다. 도 7은 일부 실시예들에 따른, 어닐링 프로세스를 겪은 후의 알루미늄 층의 비교 반사율의 그래프(700)를 도시한다. 본 발명자들은, 본 원리들에 따라 증착된 알루미늄 층의 반사율에 대한 후속하는 반도체 열 프로세싱 단계들의 효과를 예시하기 위해 높은 반사율을 갖는 알루미늄 층이 어닐링 프로세스를 겪게 했다. 어닐-후 반사율(704)은, 테스트된 대역의 파장들에 걸쳐 어닐-전 반사율(702)의 무시할 수 있는 백분율 내에 있었다. 본 원리들의 방법들 및 장치의 유리한 견고성(robustness)에 기인하여, 열 가열을 사용하는 후속하는 반도체 프로세스들은 반사율에 부정적인 영향을 거의 미치지 않을 것이다.5 shows a
[0030] 전술된 내용은 본 원리들의 실시예들에 관한 것이지만, 본 원리들의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고, 본 원리들의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 창안될 수 있다.[0030] Although the foregoing relates to embodiments of the present principles, other and additional embodiments of the present principles may be devised without departing from the basic scope of the present principles.
Claims (15)
실리콘-기반 재료로 기판을 형성하는 단계;
상기 기판의 상기 실리콘-기반 재료 상에 티타늄 나이트라이드 층을 증착하는 단계;
상기 티타늄 나이트라이드 층 상에 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 증착하는 단계; 및
상기 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 층 상에 알루미늄 층을 증착하는 단계
를 포함하고,
상기 알루미늄 층은 다양한 파장들에 대해 적어도 80%의 반사율을 갖는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.A method of depositing an aluminum layer on a substrate, comprising:
forming a substrate from a silicon-based material;
depositing a titanium nitride layer on the silicon-based material of the substrate;
depositing a cobalt or cobalt alloy layer or a titanium or titanium alloy layer on the titanium nitride layer; and
depositing an aluminum layer on the cobalt or cobalt alloy layer or the titanium or titanium alloy layer;
including,
wherein the aluminum layer has a reflectance of at least 80% for various wavelengths;
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
상기 알루미늄 층을 증착하는 단계 전에 열 수소 어닐(thermal hydrogen anneal)을 이용하여 상기 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리(pre-treating)하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 1,
further comprising pre-treating the cobalt or cobalt alloy layer using a thermal hydrogen anneal prior to depositing the aluminum layer;
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
섭씨 300도 내지 섭씨 400도의 온도에서 상기 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 2,
further comprising pre-treating the cobalt or cobalt alloy layer at a temperature of 300 degrees Celsius to 400 degrees Celsius.
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
60초 내지 120초의 지속기간 동안 상기 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 2,
further comprising pre-treating the cobalt or cobalt alloy layer for a duration of 60 seconds to 120 seconds.
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
상기 알루미늄 층은 250 nm 내지 900 nm의 파장들에 대해 적어도 85%의 반사율을 갖는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 1,
wherein the aluminum layer has a reflectance of at least 85% for wavelengths between 250 nm and 900 nm;
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
상기 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 20 옹스트롬 내지 30 옹스트롬의 두께로 증착하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 1,
depositing the cobalt or cobalt alloy layer or the titanium or titanium alloy layer to a thickness of 20 angstroms to 30 angstroms,
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
상기 알루미늄 층을 300 옹스트롬 내지 1,000 옹스트롬의 두께로 증착하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 1,
further comprising depositing the aluminum layer to a thickness of 300 angstroms to 1,000 angstroms.
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
섭씨 60도 내지 섭씨 250도의 온도에서 상기 알루미늄 층을 증착하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 1,
Depositing the aluminum layer at a temperature of 60 degrees Celsius to 250 degrees Celsius,
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
알레인(alane) 유형 전구체 또는 알킬 유형 전구체를 사용하여 상기 알루미늄 층을 증착하는 단계를 더 포함하고, 상기 알레인 유형 전구체는 트리메틸아민-알레인 보레인(TMAAB), 메틸 피리딘 알루미늄 또는 디메틸에틸아민-알레인을 포함하고, 상기 알킬 유형 전구체는 디메틸알루미늄 하이드라이드(DMAH)를 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 1,
further comprising depositing the aluminum layer using an alane type precursor or an alkyl type precursor, wherein the alane type precursor is trimethylamine-alane borane (TMAAB), methyl pyridine aluminum or dimethylethylamine -comprising allein, wherein the alkyl type precursor comprises dimethylaluminum hydride (DMAH),
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
CVD(chemical vapor deposition) 프로세스를 이용하여 상기 기판 상에 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 20 옹스트롬 내지 30 옹스트롬의 두께로 증착하는 단계;
상기 코발트 또는 코발트 합금 층의 상단 표면이 손상되면(compromised), 섭씨 400도의 온도에서의 열 수소 어닐을 이용하여 상기 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리하는 단계; 및
섭씨 120도의 온도에서의 CVD 프로세스를 이용하여 상기 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 층 상에 알루미늄 층을 300 옹스트롬 내지 1,000 옹스트롬의 두께로 증착하는 단계
를 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.A method of depositing an aluminum layer on a substrate, comprising:
depositing a layer of cobalt or a cobalt alloy or a layer of titanium or a titanium alloy to a thickness of 20 angstroms to 30 angstroms on the substrate using a chemical vapor deposition (CVD) process;
if the top surface of the cobalt or cobalt alloy layer is compromised, pre-treating the cobalt or cobalt alloy layer using a thermal hydrogen anneal at a temperature of 400 degrees Celsius; and
depositing an aluminum layer to a thickness of 300 angstroms to 1,000 angstroms on the cobalt or cobalt alloy layer or the titanium or titanium alloy layer using a CVD process at a temperature of 120 degrees Celsius.
including,
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
60초 내지 120초의 지속기간 동안 상기 코발트 또는 코발트 합금 층을 전-처리하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 11,
further comprising pre-treating the cobalt or cobalt alloy layer for a duration of 60 seconds to 120 seconds.
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
상기 기판 상에 증착된 티타늄 나이트라이드 층 상에 상기 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 층을 증착하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 11,
Depositing the cobalt or cobalt alloy layer or the titanium or titanium alloy layer on the titanium nitride layer deposited on the substrate.
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
상기 알루미늄 층은 250 nm 내지 900 nm의 파장들에 대해 적어도 80%의 반사율을 갖는,
기판 상에 알루미늄 층을 증착하는 방법.According to claim 11,
wherein the aluminum layer has a reflectance of at least 80% for wavelengths between 250 nm and 900 nm;
A method of depositing an aluminum layer on a substrate.
실리콘-기반 재료로 형성된 기판;
상기 기판의 상기 실리콘-기반 재료 상에 증착된 티타늄 나이트라이드 층;
상기 티타늄 나이트라이드 층 상에 증착된 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 티타늄 또는 티타늄 합금 층; 및
상기 코발트 또는 코발트 합금 층 또는 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 층 상에 증착된 알루미늄 층
을 포함하고,
상기 알루미늄 층은 적어도 80%의 반사율을 갖는,
반도체 디바이스에서 다양한 파장들을 반사하기 위한 장치.An apparatus for reflecting various wavelengths in a semiconductor device, comprising:
a substrate formed of a silicon-based material;
a titanium nitride layer deposited on the silicon-based material of the substrate;
a cobalt or cobalt alloy layer or a titanium or titanium alloy layer deposited on the titanium nitride layer; and
An aluminum layer deposited on the cobalt or cobalt alloy layer or the titanium or titanium alloy layer.
including,
wherein the aluminum layer has a reflectivity of at least 80%;
A device for reflecting various wavelengths in a semiconductor device.
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